讓3D打印走進課堂

文 浙江省安吉縣高級中學 汪文峰

目前，3D打印技術已在工業制造、建筑設計、生物醫療等領域得到了廣泛應用，在教育領域，該技術也逐漸被引入課堂。2017年，我校與中科院廣州分院建立友好關系，成立了3D打印實驗室，引進了10臺桌面3D打印機。筆者作為通用技術老師兼實驗室負責人，積極開展這方面的研究，做了一些有益的嘗試。

一、什么是3D打印技術

3D打印技術又稱“添加制造”技術，起源于20世紀80年代，是“一種與傳統的材料去除加工方法相反的，基于三維數字模型的，通常采用逐層制造方式將材料結合起來的工藝”。它以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可固化材料，通過逐層打印的方式構造物體。

3D打印機打印物品的流程主要分為四個階段，即建模、分層、打印和后期處理。先利用三維掃描儀或三維制圖軟件制作三維模型，接著根據3D打印機的精確度及標準，用相關軟件將虛擬模型分成若干層，再按分層后的數據，以添加制造的方法填充相應的每一層，最后對打印出來的物品進行修整、打磨及上色等后期處理。

二、3D打印技術助力通用技術教學

《通用技術》是一門立足實踐、高度綜合、注重創造的學科，是一門科學與人文融合的課程，將3D打印技術應用于通用技術課程教學能激發學生學習技術的興趣和創新意識，提升學生的技術素養。

1.通過3D軟件展示立體圖形，初步形成空間思維

通用技術課程要求培養學生的空間想象和圖樣表達能力，學會三視圖是每個學生必備的技術素養。

在學習《技術與設計1》第六章“常見的技術圖樣”時，教師可先介紹3D打印技術的建模軟件，并在課堂上將物體的三面通過多媒體展示。如圖1所示，采用123D Design軟件展示物體的整體和三面情況。

圖1

在123D Design軟件界面中可以旋轉物體，學生可清楚地看到物體各個面的情況，在腦海中構建出立體圖形，并按正投影的規律畫出三視圖。一目了然的畫面為學生獨立識別三視圖打下基礎。

在此基礎上，還可讓學生利用課余時間學習和探究“計算機輔助制圖”這一選學內容，熟悉3DMAX、AutoCAD等三維設計軟件。

2.通過設計3D立體物體，幫助理解圖樣

在通用技術課程測試中，三視圖補線是一道必考題，近年來難度逐漸加大。

筆者原先教學時，會在黑板上畫出立體圖，然而繪圖水平再高，呈現的仍是平面圖，不便學生理解。3D打印技術很好地彌補了這一缺憾，當遇到一些復雜的圖形時，就可以將其打印出來（如圖2）。

圖2

圖3

圖3所示為2017年4月技術選考中的三視圖補線題，需要學生補畫所缺的三條線。在講解試卷時，教師除了用三視圖的規律和口訣等方法補線外，也可通過3D打印技術事先打印出實物（如圖4），讓學生感受實物，加深對點、線、面畫法的印象。

3.通過設計連接件，幫助理解設計草圖

通用技術是一門緊密聯系生活實踐的課程，要求學生從實際出發設計實用物件，達到學以致用的目的。為幫助學生更好地完成設計任務，筆者通過3D打印技術將設計好的物體打印出來，直觀地講解其設計特點，促進學生理解設計草圖。

如某題要求學生設計一個小車底盤上與超聲波傳感器的連接支架，需要畫出支架的設計草圖。為讓學生理解題意，筆者網購了一個超聲波傳感器，先讓學生們自行設計，再在實物投影儀下展示其草圖，讓大家找找各自的優、缺點。

引進3D打印技術后，筆者通過建模軟件設計成兩款連接件（如圖5），并將其打印成實物供學生傳閱交流，讓學生比較自己的設計和老師的設計有何不同，這樣學生對物體的空間位置感知更生動、具體。

圖4

圖5

綜上所述，在通用技術教學中積極應用3D打印技術能激發學生的學習熱情，提高學習效率。通用技術教師應該與時俱進，靈活運用3D技術助力教學，培養學生的創新能力。